Die Arbeitsgruppe „Simulation“ am Institut für Flugzeugbau (IFB) der Universität Stuttgart verbindet seit Jahren die Fertigung von Faserverbundbauteilen mit deren Prozesssimulation und struktureller Analyse. Aufgrund der starken Ausrichtung des Instituts in der textilen Preformtechnik, werden die speziellen Aspekte dieser Technologien in der Simulation aufgegriffen.

Insbesondere bei der strukturellen Auslegung von Faserverbundbauteilen ist die genaue Kenntnis der mikromechanischen Struktur des Verbundes von großer Bedeutung. Um den steigenden Anforderungen an eine bessere Werkstoffausnutzung gerecht zu werden, wird am IFB neben der Strukturmechanik auch die Fertigung des Bauteils numerisch näher betrachtet und optimiert. Erkenntnisse aus der Simulation werden mit Hilfe der am Institut verfügbaren Fertigungs- und Prüfeinrichtungen unmittelbar in die Realität umgesetzt und validiert.

Ein Arbeitsfeld in der Prozesssimulation ist momentan die am Institut entwickelte Simulation eines Überflechtprozesses für endkonturnahe Strukturen. Ziel ist es die Faserablage und Steifigkeitsverhältnisse numerisch vorhersagen zu können. Aktuelle und zukünftige Aktivitäten erweitern diese Berechnungen um die Voraussage für Bauteilfestigkeiten.

Neben der Flechttechnologie wird auch die Herstellung von Bauteilen mit Multiaxialgelegen untersucht. Um bereits im ersten Prozessschritt, dem Drapieren, eine verlässliche Aussage bezüglich Machbarkeit, Faserablage und Faltenbildung zu bekommen, wird hierfür die Drapiersimulation tiefergehend erforscht. Um eine Verbesserung der Drapierbarkeit von Gelegen zu erzielen wird derzeit eine Methode entwickelt, mit deren Hilfe Werkstoffkennwerte gezielt lokal optimiert werden. Neben der praktischen Realisierung steht die Implementierung des weiterentwickelten Materialverhaltens in die bestehende Simulationsprozesskette im Fokus dieses Forschungsgebietes.

Das von der EU geförderte Projekt „INFUCOMP“ ermöglicht den Forschern am Institut an der Verbesserung von Infiltrationssimulationen, die auf dem VARI-Prozess basieren, zu arbeiten. Hierbei sind die Schwerpunkte die Werkstoffcharakterisierung zur Materialmodellierung sowie die Verbesserung der Simulationsmethodik. Neben Prozesskennwerten, wie Füllungsdauer und Fließgeschwindigkeit, ist insbesondere die numerische Betrachtung der Bauteilparameter, wie Faservolumengehalt und Porenanteil, von Bedeutung. Diese Erkenntnisse können genutzt werden um lokale Veränderungen der Verbundeigenschaften in die Struktursimulation einfließen zu lassen und somit die Genauigkeit zu steigern.

Neue Möglichkeiten erschließen sich vor allem auf Basis der Simulation von Tailored Fibre Placement (TFP) Strukturen. Mit dem EU-Projekt „CERFAC“ (Cost-efficient reinforcements for fastener areas in composites) wird die Arbeitsgruppe ihr gewonnenes Know-How für konkrete Anwendungen einsetzen und ausbauen können. Die Forderung nach leichten, hochwertigen und kostengünstigen Verbindungstechniken treibt die Entwicklungen voran. Verbindungsstellen an hochbelasteten Krafteinleitungspunkten können durch TFP-Einleger gezielt verstärkt werden. Die Optimierung dieser Strukturen erfolgt durch eingesetzte Optimierungsalgorithmen und –strategien.

Neben öffentlich geförderten Projekten arbeitet das Institut mit Partner aus der Industrie zusammen. Kooperationen des IFBs mit Unternehmen aus dem Flugzeug-, Automobil- und Maschinenbau haben in den letzten Jahren zu großen Fortschritten im Bereich der industrienahen Forschung geführt. Grundlagenorientierte theoretische und mikromechanische Modelle, die in den vergangen Jahren  erarbeitet wurden, werden derzeit für die Entwicklung effizienter und praxisnaher Methodiken genutzt. Zusammen mit den Entwicklungsabteilungen der Partner werden diese Modelle an Prototypen getestet und validiert.

Weitere informationen erhalten Sie von Karin Birkefeld.